文摘
介绍了焊炬姿态轨迹控制模型和插值算法的鞍型两个管道的焊缝相交形成的;的工作原理、插值算法,焊接实验,仿真结果鞍型焊缝的自动焊接系统的描述。一个变量角插值法用于控制焊枪的轨迹和姿态,保证常数线性终端速度。轨迹的数学模型和焊枪的姿态。进行了仿真和实验验证了算法的有效性和数学模型。结果证明插值算法在鞍型焊缝的插值要求和理想的饲料率稳定。
1。介绍
在压力容器的生产,汽缸和管之间的焊接问题是经常遇到的,有时一个压力容器需要焊接几十个甚至几百个管道。项目中,交叉线,称为鞍型焊缝的三维标准,是由两个正交柱面的结合。同时,根据不同的坡口形式,多层连续焊是必需的(1,2]。鞍型焊接是一个复杂的空间曲线。为了完成马鞍焊缝的焊接工作,手工焊接操作仍被广泛采用。然而,这样的焊接质量和效率要求是不确定的。因此,焊接过程的自动化非常重要。
与自动焊接系统的发展,近年来已经取得了明显的进展。根据马鞍焊缝的焊接过程,有两种方法可以构建自动化焊接系统。他们是使焊接机器人焊接系统;另一种是开发特别设计的自动焊接系统。最有前途的方法之一是采用适当的曲线插值算法在自动焊接系统3]。霍et al。4)提出了一个实时插补算法,交叉曲线符合step-controllable段。任等。5)建立了几何模型的插值管的焊缝和集成焊枪的姿态。今天下午et al。6]介绍了NURBS曲线实时插补算法;拟议的插入器能保持小轮廓误差和进给速率波动。实时非均匀有理b样条插值算法介绍了(7- - - - - -9]。Tam et al。10)提出了一个混合曲线的插值的算法,基于插值的混合曲线的投影参数域。Srijuntongsiri [11)提出了一种新的迭代混合算法来检测所有路口域非简并和non-ill-posed病例。直接插值算法(12,13)没有满意的线速度控制能力因为焊接质量非常敏感。只有插补算法理想轨迹精度和线速度控制能力能满足焊接要求。
摘要鞍型曲线的空间插值算法通过使用变量的角度提出了插值插值步进角控制方法,建立了焊炬姿态模型和基于空间解析几何轨迹模型。插值算法的仿真进行了验证该算法和数学模型的正确性。它表明,算法具有较高的轨迹精度和数学模型满足焊接的要求。
2。焊接机的工作原理
摘要典型的鞍型焊缝是由两个正交柱面和管道作为一个例子来说明鞍型焊接系统的工作原理,如图1。坐标系统- - - - - -建立了由气缸和轴的交点的烟斗,选择鞍型焊缝的左侧最高点焊接的起点。的- - -设在两个方向是由整个焊接系统实现旋转运动。的设在方向是由火炬实现上下往复运动,这也是作为补偿运动达到鞍下降补偿。同时,上下运动的输出端安装角调整机制;实时调整焊枪的旋转运动。
根据焊缝的特点,这种水平表面是圆的,基于二维平面圆插补算法,插补鞍空间焊缝可以分解为两个二维插入(4]。第一个插值是设在垂直方向插值,第二个插值插值的水平旋转天使(14,15]。
3所示。鞍型焊缝插值算法的研究
鉴于圆柱体的半径管的半径 ,的鞍型焊缝的投影面如图所示2,是角参数,可以唯一确定鞍型空间曲线上的点的姿势。
3.1。圆形的插值
让点 和 是当前和下一个插值点马鞍焊缝和角分别设在;和的两个点之间的角度 , 的坐标点
所以的坐标可以表示为
当 ,然后继续插值;当 修改的最后一步 ,将会有一个插补步进 ;然后, 。
所以新的插值点投影的位置飞机可以表示为 在哪里是当前角度,是下一个点的角度,是角度的附加值。
基于空间解析几何的原理,我们
解决(4),
3.2。焊枪姿态插值
选择一个鞍型焊接点;二面角鞍点的焊接气缸的切平面的夹角是通过这一点和管的切平面。二面角不等于马鞍焊缝在不同的点。因此,二面角的意义马鞍焊缝(图3)。从图可以看出3,斜角度的起点是和初始姿态角(常规焊枪的姿态角)。
基于空间解析几何的原理,圆柱体的方程,给出了管道
的法向量和点被定义为
几何的定义是
从图可以看出3,虽然反角点的马鞍焊缝不同于对方,他们都有一定的与姿态角之间的关系。作为的旋转轴旋转点对点 ,从最初的反角的变化来 ,和姿态角变化 为了满足姿态角的要求。所以二面角的表达如下: 。
把公式(11);然后
后旋转角度变化从来 ,根据(3),(7)和(12)可以计算新的插值点的坐标 。选择合适的 ,一个可以获得插值马鞍焊缝通过提供缸和管道半径 , ,焊枪姿态角 。
3.3。控制变量法的角度
插值的控制步进角分为等边角钢插值和可变角插值。等边角钢插值模式是保持步进角常数,和实际焊接焊枪的线速度不是常数,影响焊接的质量。变量角插值插值步进角每一步与做一个改变。在固定的条件下,焊接线速度恒定和插值stepping-length相等的每一步,以确保高质量的焊接。
选择一个点鞍型焊缝;根据运动学原理,线速度方向的点方向向量相交线的两个交点的切平面点吗(图5)。假设焊枪的线速度 ,插补周期 ,和之间的角度设在和线速度(如图4)。
从图可以看出4,
集的坐标点 。
圆柱体的切平面方程的点表示为
然后
同样的管点的切平面方程表示为
两个切线计划的相交线方程
的两个点 和两个切平面的相交线,和方向矢量的切线方程计算的吗
的方向向量设在是 ;一个可以得到以下方程:
然后
因为在鞍型空间曲线,根据(3),我们有
从(24角),插值一步实时的改变的变化确保实际焊枪的线速度保持不变,以满足焊接工艺的要求。
4所示。仿真结果
为了验证数学模型的正确性和算法,通过编程仿真实验,正交鞍焊接,例如,假设实际焊接参数如下:圆柱体的半径 毫米,管的半径 毫米,起始姿态角 ,和 年代。MATLAB仿真结果如图6- - - - - -11。的插补数据和 通过算法如表所示1。
5。焊接实验
根据马鞍焊缝的焊接工艺,焊接实验中列出的主要参数表2。马鞍焊缝表面的照片所示的数字12和13。
正确的鞍seam是反映在照片,验证插值算法的可行性。
6。结论
根据马鞍焊缝的焊接工艺,鞍型焊缝auto-welding机的工作原理,提出了数学模型和插值算法建立了鞍型焊缝。
插值算法可以满足自动焊接的技术要求,可以实现轨迹控制鞍型焊缝的焊接,也可以实现焊枪姿态的控制,以确保更好的焊接条件。
一个变量角插值法用于实时插补步进角变化和保证实际焊枪的线速度是保持不变,提高焊缝的质量。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项研究受到了新疆生产建设兵团科技研究和成果转化项目批准号2016 ab004。